Component
2.5.3 Thiết bị biến đổi trong khảo sát y-sinh
Khi tiến hành các khảo sát y-sinh cần phải đo một số lợng rất lớn các đại lợng phi điện - các chỉ tiêu y-sinh phản ánh các tính chất khác nhau của đối tợng sinh học. Các thiết bị biến đổi có nhiệm vụ biến đổi các đại lợng này thành các tín hiệu điện tơng ứng. Trong cấu trúc của các TBBĐ cần phân biệt bộ biến đổi sơ cấp và bộ biến đổi thứ cấp:
Bộ biến đổi sơ cấp: là bộ biến đổi đầu tiên tiếp xúc trực tiếp với đối tợng và cảm nhận đợc trờng phát sinh.
Bộ biến đổi thứ cấp: thực hiện biến đổi trờng phát sinh phù hợp với nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo lờng y-sinh.
Độ xác thực của thông tin phụ thuộc rất nhiều vào chất lợng của các bộ biến đổi, vì vậy TBBĐ có vị trí đặc biệt trong các khảo sát y-sinh.
Các TBBĐ trong đo lờng y-sinh có các nguyên lý đặc trng vì chúng tơng tác với cơ thể - một hệ thống điều chỉnh phức tạp và phản ứng rất nhạy cảm với các thao tác thu thập năng lợng của trờng phát sinh để đo lờng. Khi bị xâm phạm thô bạo, cơ thể tự động thay đổi để duy trì sự cân bằng năng lợng bên trong, điều này làm cho thông
tin nhận từ TBBĐ không phản ánh xác thực về đại lợng cần đọ Ví dụ khi đo nhiệt độ thân thể ở nách bằng nhiệt điện trở: nhiệt độ của cùng một ngời có thể thay đổi từ 0.20
ữ0.40C phụ thuộc vào sự kẹp tay mạnh hay yếụ Điều này đợc giải thích bởi điện trở bị nóng lên khi có dòng điện đi qua nó, còn lợng nhiệt thoát ra nhiều hay ít phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của một trờng bao quanh phần tử.
Các ví dụ tơng tự trong thực tế y-sinh rất nhiềụ Tất cả chúng đều chứng tỏ: dụng cụ dù có độ chính xác cao đến bao nhiêu đi nữa, khi tiếp xúc với đối tợng sinh học đều có sai số phụ thuộc vào đặc điểm sinh lý - giải phẫu của từng khu vực hoặc toàn bộ cơ thể ngờị
Nh vậy, để có đợc các đặc trng đo lờng chất lợng cao cho các TBBĐ khi tiến hành khảo sát y-sinh, một trong những yêu cầu chủ yếu là: không can thiệp nhiều đến hoạt động của các hệ thống trên cơ thể cũng nh đảm bảo đối tợng sinh học bị tổn hao năng lợng là ít nhất. Một yêu cầu khác cũng liên quan tới sự tiếp xúc với đối tợng sinh học là: chọn lựa các dạng hình học, kích thớc, trọng lợng và chất liệu làm điện cực không làm tổn thơng đến cơ thể và không gây phản ứng độc hạị Tuy nhiên trong các tình huống khắc nghiệt, việc TBBĐ bị hỏng có thể gây nguy hiểm đến simh mạng của bệnh nhân. Vì vậy một yêu cầu vô cùng quan trọng đó là TBBĐ phải có độ tin cậy caọ
Ngoài ra cần chú ý tới các yêu cầu khác đối với TBBĐ: đơn giản trong sử dụng, kinh tế và có khả năng thay thế để nâng cao độ tin cậỵ Các điện cực là lớp TBBĐ có cấu trúc đơn giản nhất, đợc liệt vào một nhóm đặc biệt trong các TBBĐ. Chúng đợc dùng để thu nhận thông tin đo lờng trong trờng hợp trờng phát sinh có dạng điện, tuy nhiên các yêu cầu đối với chúng cũng giống nh đối với các nhóm khác. Trong đo lờng y-sinh còn sử dụng rất nhiều phơng pháp khác nhau để chuyển đổi tín hiệu sinh học thành tín hiệu điện tơng ứng. Có thể nêu ra một số thiết bị biến đổi sử dụng chủ yếu trong đo lờng y-sinh nh: cảm biến điện trở, cảm biến điện cảm, cảm biến điện dung, cảm biến quang điện, các thiết bị áp điện(sử dụng các hiệu ứng áp điện), các
thiết bị nhiệt điện, các cảm biến hoá học..vv. ở đây không đi sâu tìm hiểu cấu tạo, đặc tính và nguyên lý chuyển đổi của các thiết bị nàỵ Nhng khi dùng cảm biến để đo bất kỳ một đại lợng nào đều phải tuân thủ nguyên tắc: thiết bị đo lờng không đợc làm thay đổi đại lợng đợc đọ Trong các nghiên cứu y-sinh điều này không phải lúc nào cũng thực hiện đợc mà luôn phải chấp nhận một mức độ thay đổi nào đó. Chính vì vậy ngời ta thờng sử dụng phơng pháp đo gián tiếp để tách biệt cảm biến với hiện tợng cần đọ
Các thiết bị biến đổi cần đạt đợc ba chỉ tiêu để đảm bảo việc tái tạo tín hiệu trung thực nhất đó là: tuyến tính biên độ, đáp ứng tần số phù hợp và không gây ra méo phạ Tức là khả năng của thiết bị biến đổi tạo ra tín hiệu tỉ lệ thuận với tín hiệu đầu vào trong phạm vi sai lệch cho phép và khả năng tạo ra tín hiệu bám theo sự thay đổi với bất cứ tốc độ biến đổi nhanh hay chậm của đại lợng đọ
Hiện nay trên thực tế thiết bị xử lý và hiển thị tín hiệu điện rất đa dạng song còn thiếu hụt các bộ biến đổi(cảm biến) phục vụ đo lờng các hiện tợng và các chỉ tiêu y- sinh, đặc biệt là các bộ biến đổi đáp ứng nhanh sử dụng trong các quá trình hoá học. Chính vì vậy các nhà nghiên cứu đã phải tận dụng các cảm biến trong công nghiệp hoặc phải tự chế tạo những cảm biến riêng của mình. Và cho đến nay vẫn cha có một chơng trình toàn diện nào nhằm sản xuất các cảm biến phục vụ cho khảo sát, nghiên cứu y-sinh, cụ thể là cho y tế.